EP4360184A1 - Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system, and energy supply system - Google Patents

Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system, and energy supply system

Info

Publication number
EP4360184A1
EP4360184A1 EP22737784.3A EP22737784A EP4360184A1 EP 4360184 A1 EP4360184 A1 EP 4360184A1 EP 22737784 A EP22737784 A EP 22737784A EP 4360184 A1 EP4360184 A1 EP 4360184A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
bus
unit
power converter
network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22737784.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marcel Kratochvil
Alexander UNRU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Publication of EP4360184A1 publication Critical patent/EP4360184A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/002Intermediate AC, e.g. DC supply with intermediated AC distribution
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/40Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries adapted for charging from various sources, e.g. AC, DC or multivoltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22The renewable source being solar energy
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/40Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation wherein a plurality of decentralised, dispersed or local energy generation technologies are operated simultaneously

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating an energy supply system (10), wherein a first and a second DC unit (22, 26, 28) exchange power with an AC bus (20) by means of a first and a second power converter (12, 14, 16, 18), respectively. With transmission by means of a transformer (32), this power is then combined and is converted, by means of a third power converter (34), into a DC grid power of a DC grid (30) and/or vice versa. At least the first DC unit (22) is in the form of an energy generation unit, more particularly a PV system having at least one PV generator (24). A frequency and an amplitude of the AC voltage and/or of the AC current on the AC bus (20) are set. The third power converter (34) sets the frequency on the AC bus (20) in accordance with the DC grid power and, to set the AC voltage and/or the AC current, sets the DC grid power in accordance with the AC bus power. The invention also relates to a device for exchanging electrical power in an energy supply system (10) and to a corresponding energy supply system (10).

Description

Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems, Vorrichtung zum Austausch elektrischer Leistung in einem Energieversorgungssystem und Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system and
Energieversorgungssystem power supply system
Technisches Gebiet technical field
Die Anmeldung betrifft den Austausch von elektrischer Leistung in einem Energie- versorgungssystem mit einem DC-Netz, über das die elektrische Leistung mit DC- Verbrauchern ausgetauscht wird und das zumindest teilweise mit elektrischer Leistung aus einer DC-Quelle versorgt wird. The application relates to the exchange of electrical power in an energy supply system with a DC network, via which electrical power is exchanged with DC consumers and which is at least partially supplied with electrical power from a DC source.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Gleichspannungsnetze, im Folgenden DC-Netze genannt, finden zunehmend Anwendung zur Versorgung von Systemen mit einer Vielzahl von Verbrauchern, beispielsweise sogenannte industrielle DC-Netze. DC-Netze können aus einem elektrischen Wechselspannungsnetz, im Folgenden AC-Netz genannt, z.B. aus einem übergeordneten Energieversorgungsnetz gespeist werden. Als DC- Netzteilnehmer können verschiedene DC-Verbraucher und DC-Quellen über geeignete DC-Abzweige mit dem DC-Netz verbunden werden. DC-Verbraucher und DC-Quellen sind Gleichspannungs-Einheiten, die elektrische Gleichspannung verbrauchen (DC-Verbraucher) oder abgeben (DC-Quellen). Beispiele für DC- Quellen sind DC-Energieerzeugungseinheiten, z.B. PV-Anlagen, oder Batterien, die zudem wahlweise als DC-Quellen oder als DC-Verbraucher betrieben werden können. Je nachdem, welcher Netzteilnehmer konkret an einem DC-Abzweig angeschlossen werden soll, kann ein DC-Abzweig über zweipolige schnelle Flalbleiterschalter zum Leitungsschutz bei Kurzschluss oder Erdschluss abgesichert sein. Zusätzlich oder alternativ können weiterhin DC-Sicherungen vorgesehen sein. Electrical DC networks, referred to below as DC networks, are increasingly being used to supply systems with a large number of consumers, for example so-called industrial DC networks. DC networks can be fed from an electrical AC voltage network, hereinafter referred to as AC network, e.g. from a higher-level energy supply network. As DC network participants, various DC consumers and DC sources can be connected to the DC network via suitable DC branches. DC consumers and DC sources are direct voltage units that consume (DC consumers) or emit (DC sources) electrical direct voltage. Examples of DC sources are DC energy generation units, e.g. PV systems, or batteries, which can also be operated either as DC sources or as DC consumers. Depending on which network node is to be connected to a DC branch, a DC branch can be secured via two-pole, fast fluxgate switches for line protection in the event of a short circuit or ground fault. In addition or as an alternative, DC fuses can also be provided.
Bei einem DC-Netz kann es aus Sicherheitsgründen notwendig sein, bestimmte DC- Einheiten, d.h. bestimmte DC-Quellen wie Energieerzeugungseinheiten und/oder bestimmte DC-Verbraucher, galvanisch getrennt an das DC-Netz zu koppeln. Dies bedeutet bei einer Vielzahl von entsprechend einzeln galvanisch zu trennenden DC- Einheiten einen erheblichen Aufwand, beispielsweise indem in jedem entsprechenden DC-Abzweig eine galvanische Trennung vorgesehen sein muss. In a DC network, it may be necessary for safety reasons to couple specific DC units, ie specific DC sources such as power generation units and/or specific DC consumers, to the DC network in a galvanically isolated manner. In the case of a large number of DC Units require considerable effort, for example by providing a galvanic isolation in each corresponding DC branch.
Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) als Energie erzeugende DC-Quellen oder Speicher, wie z. B. Batterien, als Energie aufnehmende und abgebende DC- Einheiten können grundsätzlich auch über nicht-isolierende DC/DC-Wandler mit dem DC-Netz verbunden werden, wobei ein dazu geeigneter DC/DC-Wandler aus Sicherheitsgründen eine Ableitstromerkennung aufweisen sollte und ggf. den Isolationswiderstand der angeschlossenen PV-Anlage ermitteln muss. Photovoltaic systems (PV systems) as energy-generating DC sources or storage, such. B. Batteries, as DC units absorbing and releasing energy, can in principle also be connected to the DC grid via non-isolating DC/DC converters, whereby a suitable DC/DC converter should have leakage current detection for safety reasons and, if necessary, determine the insulation resistance of the connected PV system.
Um von vornherein zu vermeiden, dass der Isolationswiderstand des DC-Netzes insgesamt gegen das Erdpotential durch die PV-Anlage und/oder durch den Speicher bzw. deren Leitungen beeinflusst wird, können die PV-Generatoren oder Speicher auch über isolierende DC/DC-Wandler mit dem DC-Netz verbunden werden, wobei die isolierenden DC/DC-Wandler eine galvanische Trennung zwischen DC-Netz und DC-Einheit mit sich bringen. Dabei benötigt dann jeder angeschlossene PV- Generator eine eigene regelmäßige Isolationsüberwachung. In order to avoid from the outset that the overall insulation resistance of the DC grid to the earth potential is influenced by the PV system and/or by the storage or its lines, the PV generators or storage can also have isolating DC/DC converters connected to the DC grid, with the isolating DC/DC converters providing galvanic isolation between the DC grid and the DC unit. Each connected PV generator then requires its own regular insulation monitoring.
Zudem kann die galvanische Trennung einer DC-Einheit vom DC-Netz aus weiteren Gründen erforderlich sein, z.B. wenn die maximal mögliche Spannung eines angeschlossenen PV-Generators gegen das Erdpotential die zulässige Leiter-Erde- Spannung des DC-Netzes übersteigt. Auch wenn die PV-Anlage bei galvanischer Kopplung an das DC-Netz eine unzulässige Unsymmetrie des DC-Netzes gegen das Erdpotential erzeugen würde und/oder wenn eine Ableitstromgrenze des DC-Netzes aufgrund einer galvanisch gekoppelten PV-Anlage regelmäßig oder auch sporadisch überschritten würde. In addition, the galvanic isolation of a DC unit from the DC grid may be necessary for other reasons, e.g. if the maximum possible voltage of a connected PV generator against earth potential exceeds the permissible phase-to-earth voltage of the DC grid. Even if the PV system would generate an impermissible asymmetry of the DC system to the ground potential with galvanic coupling to the DC system and/or if a leakage current limit of the DC system would be exceeded regularly or sporadically due to a galvanically coupled PV system.
In der Regel ist zudem die Länge der DC-Leitungen und damit der Abstand der DC- Einheiten vom DC-Netz aus technischen Gründen begrenzt. Eine PV-Anlage als DC- Einheit, die als Freifeld- oder Dachanlage ausgeführt ist, kann sich jedoch entsprechend weit entfernt von einem möglichen Anschlusspunkt an das DC-Netz befinden, so dass die PV-Anlage über weite Strecken mit hierfür geeigneten DC-/PV- Kabeln angebunden werden müsste. Ähnliches kann für Speicher gelten, insbesondere wenn diese eine große Kapazität aufweisen und z.B. aus Sicherheits- gründen entfernt vom DC-Netz einer Produktionsstätte oder ähnlichem aufgestellt sein müssen. Eine derartige Anbindung einer DC-Einheit mittels DC-Leitungen kann daher insbesondere bei DC-Einheiten, die große und ausgedehnte PV-Generatoren und/oder leistungsstarke Speicher aufweisen, teuer und ineffizient sein. In general, the length of the DC lines and thus the distance between the DC units and the DC grid is limited for technical reasons. However, a PV system as a DC unit that is designed as a free field or roof system can be located far away from a possible connection point to the DC grid, so that the PV system can be connected over long distances with suitable DC/ PV cables would have to be connected. The same can apply to memories, especially if they have a large capacity and, for example, for security reasons. reasons must be set up away from the DC network of a production facility or similar. Such a connection of a DC unit by means of DC lines can therefore be expensive and inefficient, particularly in the case of DC units that have large and extensive PV generators and/or high-performance storage.
Aufgabe task
Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, die Versorgung eines DC-Netzes mit elektrischer Leistung aus einer DC-Quelle weiter zu verbessern, und insbesondere PV-Anlagen oder Speicher an ein DC-Netz anzukoppeln, ohne das DC-Netz in seinem Verhalten gegen Erde zu beeinflussen. The application is based on the object of further improving the supply of a DC network with electrical power from a DC source, and in particular of coupling PV systems or storage devices to a DC network without the DC network beinghave in relation to ground influence.
Lösung solution
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. The object is solved by a method having the features of independent patent claim 1 . The object is solved by a device having the features of independent claim 7 . Advantageous embodiments of the method are claimed in the dependent claims.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems mit mindestens einer Energieerzeugungseinheit weist die folgenden Schritte auf: A method for operating an energy supply system with at least one energy generation unit has the following steps:
Austauschen von elektrischer Leistung zwischen einer ersten DC-Einheit und einem AC-Bus über einen ersten Leistungswandler, wobei eine erste DC-Leistung der ersten DC-Einheit über den ersten Leistungswandler in eine erste AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt, Exchanging electrical power between a first DC unit and an AC bus via a first power converter, wherein a first DC power of the first DC unit is converted into a first AC power via the first power converter and/or vice versa,
Austauschen von elektrischer Leistung zwischen einer zweiten DC-Einheit und dem AC-Bus über einen zweiten Leistungswandler, wobei eine zweite DC-Leistung der zweiten DC-Einheit über den zweiten Leistungswandler in eine zweite AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt, exchanging electrical power between a second DC unit and the AC bus via a second power converter, wherein a second DC power of the second DC unit is converted into a second AC power via the second power converter and/or vice versa,
Zusammenführen der ersten und der zweiten AC-Leistung zu einer AC-Busleistung des AC-Busses, Merging the first and the second AC power into an AC bus power of the AC bus,
Übertragen der AC-Busleistung über einen Transformator, Austauschen von elektrischer Leistung zwischen dem AC-Bus und einem DC-Netz über einen dritten Leistungswandler, wobei die vom Transformator übertragene AC- Busleistung über den dritten Leistungswandler in eine DC-Netzleistung gewandelt wird und/oder umgekehrt. Transferring AC bus power through a transformer, Exchanging electrical power between the AC bus and a DC grid via a third power converter, wherein the AC bus power transmitted by the transformer is converted to DC grid power via the third power converter and/or vice versa.
Der erste, der zweite und insbesondere der dritte Leistungswandler können als bidirektionale AC/DC-Wandler ausgeführt sein, die elektrische Leistung von ihrer AC- Seite zu ihrer DC-Seite übertragen und/oder umgekehrt. The first, the second and in particular the third power converter can be designed as bidirectional AC/DC converters which transfer electrical power from their AC side to their DC side and/or vice versa.
Zumindest die erste DC-Einheit ist als Energieerzeugungseinheit, insbesondere als PV-Anlage mit zumindest einem PV-Generator, ausgebildet. Eine Frequenz und eine Amplitude der AC-Spannung und/oder des AC-Stromes auf dem AC-Bus wird durch das Verfahren eingestellt. Insbesondere kann der dritte Leistungswandler die Amplitude der AC-Spannung stabilisieren, indem er die DC-Netzleistung in Abhängigkeit von der AC-Busleistung einstellt. Dabei kann die Frequenz auf dem AC-Bus durch den dritten Leistungswandler eingestellt werden, um ein Leistungs- gleichgewicht zwischen der als AC-Leistung in den AC-Bus gespeisten DC-Leistung der DC-Einheiten und der über den dritten Leistungswandler aus dem AC-Bus abgeführten DC-Netzleistung herzustellen. Insbesondere kann der dritte Leistungs- wandler mittels der eingestellten Frequenz auf dem AC-Bus die in den AC-Bus gespeiste DC-Leistung der DC-Einheiten und damit die AC-Busleistung entsprechend der DC-Netzleistung einstellen. Zusätzlich kann der dritte Leistungs- wandler die DC-Netzleistung gezielt ändern, wodurch ein Leistungsungleichgewicht im AC-Bus entsteht, und die Frequenz im AC-Bus modifizieren. Die DC-Einheiten können ihre jeweilige DC-Leistung in Abhängigkeit von der Frequenz im AC-Bus einstellen. Durch eine Rückkopplung zwischen Frequenz auf dem AC-Bus und resultierender DC-Netzleistung kann sich somit ein Regelkreis ergeben, der einen weitgehend automatischen Betrieb und den Vorteil einer regelungstechnisch einfachen Realisierung aufweist, beispielsweise mittels entsprechender P(f)- Kennlinien, die insbesondere die Abhängigkeit der DC-Leistung der DC-Einheiten von der Frequenz im AC-Bus vorgibt. At least the first DC unit is designed as an energy generation unit, in particular as a PV system with at least one PV generator. A frequency and an amplitude of the AC voltage and/or the AC current on the AC bus is adjusted by the method. In particular, the third power converter can stabilize the amplitude of the AC voltage by adjusting the DC grid power depending on the AC bus power. The frequency on the AC bus can be adjusted by the third power converter in order to achieve a power balance between the DC power fed into the AC bus as AC power from the DC units and that from the AC unit via the third power converter. to produce the DC mains power dissipated by the bus. In particular, the third power converter can use the set frequency on the AC bus to set the DC power of the DC units fed into the AC bus and thus the AC bus power according to the DC mains power. In addition, the third power converter can intentionally change the DC line power, creating a power imbalance on the AC bus, and modify the frequency on the AC bus. The DC units can adjust their respective DC power depending on the frequency in the AC bus. Feedback between the frequency on the AC bus and the resulting DC network power can thus result in a control circuit that operates largely automatically and has the advantage of being simple to implement in terms of control technology, for example by means of corresponding P(f) characteristics that, in particular, show the dependency of the DC power of the DC units depends on the frequency in the AC bus.
Alternativ oder zusätzlich kann eine f(P)-Regelung im dritten Leistungswandler verwendet werden. Dabei reagiert der dritte Leistungswandler auf ein etwaiges Leistungsungleichgewicht mit einer Frequenzänderung, die wiederum eine Änderung der DC-Leistung einzelner DC-Einheiten hervorrufen kann. So kann beispielsweise eine Änderung der Einstrahlung auf den PV-Generator durch eine Erhöhung der Leistung einer anderen DC-Einheit, die z.B. einen Speicher umfasst, kompensiert werden, bevor mit einer Änderung der DC-Netzleistung reagiert werden muss. Dadurch kann das Leistungsgleichgewicht wieder hergestellt und die Frequenz im AC-Bus auf einen Sollwert eingestellt werden. Alternatively or additionally, f(P) control can be used in the third power converter. The third power converter reacts to any Power imbalance with a change in frequency, which in turn can cause a change in the DC power of individual DC units. For example, a change in the irradiation on the PV generator can be compensated for by increasing the power of another DC unit, which includes a storage device, for example, before the DC grid power has to be changed. This allows power balance to be restored and the frequency on the AC bus to be set to a setpoint.
In einer Ausführungsform betreibt der erste Leistungswandler die erste DC-Einheit in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung und wandelt die erste DC-Leistung in einen ersten AC-Strom. Der erste Leistungswandler speist den ersten AC-Strom in den AC- Bus ein, wobei der erste AC-Strom der AC-Spannung im AC-Bus folgt. Insbesondere für den Betrieb einer PV-Anlage ist es sinnvoll, den PV-Generator oder die PV- Generatoren möglichst im Arbeitspunkt maximaler Leistung, auch MPP genannt, zu betreiben, um den Ertrag zu maximieren. Die Aufgabe, diesen Arbeitspunkt maxi- maler Leistung zu finden und die PV-Generatoren in diesem Punkt zu betreiben, kann ein sogenannter MPP-Tracker übernehmen, der im ersten Leistungswandler verbaut sein kann. In one embodiment, the first power converter operates the first DC unit in a maximum power operating point and converts the first DC power into a first AC current. The first power converter injects the first AC current onto the AC bus, where the first AC current tracks the AC voltage on the AC bus. For the operation of a PV system in particular, it makes sense to operate the PV generator or generators at the operating point of maximum power, also known as MPP, in order to maximize the yield. A so-called MPP tracker, which can be installed in the first power converter, can take on the task of finding this operating point of maximum power and operating the PV generators at this point.
In einer Ausführungsform wird die zweite DC-Leistung durch die zweite DC-Einheit erzeugt, gespeichert und/oder verbraucht. Die zweite DC-Leistung wird dabei vom zweiten Leistungswandler in einen zweiten AC-Strom gewandelt und in den AC-Bus eingespeist, wobei der zweite AC-Strom der AC-Spannung im AC-Bus folgt. Die zweite DC-Einheit kann z. B. eine weitere DC-Energieerzeugungseinheit, z. B. eine weitere PV-Anlage, ein DC-Verbraucher, wie z. B. Elektrolyseur, oder ein DC- Speicher, z. B. eine Batterie, sein. Der zweite Leistungswandler kann dabei einge- richtet sein, die zweite DC-Einheit in einem einstellbaren Arbeitspunkt zu betreiben, beispielsweise im Arbeitspunkt maximaler Leistung eines PV-Generators oder in einem Arbeitspunkt mit maximalem Wirkungsgrad eines Elektrolyseurs; im Falle eines Speichers als zweite DC-Einheit kann der Leistungsaustausch mit dem Speicher durch den zweiten Leistungswandler eingestellt werden. In one embodiment, the second DC power is generated, stored, and/or consumed by the second DC unit. The second DC power is converted into a second AC current by the second power converter and fed into the AC bus, the second AC current following the AC voltage in the AC bus. The second DC unit can e.g. B. another DC power generation unit, z. B. another PV system, a DC consumer, such. B. electrolyser, or a DC storage, z. B. be a battery. The second power converter can be set up to operate the second DC unit at an adjustable operating point, for example at the operating point of maximum power of a PV generator or at an operating point of maximum efficiency of an electrolyzer; in the case of a storage as the second DC unit, the power exchange with the storage can be adjusted by the second power converter.
In einer Ausführungsform wird die DC-Netzleistung durch an das DC-Netz ange- schlossene DC-Netzteilnehmer erzeugt, gespeichert und/oder verbraucht. Die DC- Netzleistung, die vom dritten Leistungswandler in das DC-Netz eingespeist wird, kann dabei von der Summe der Leistungen der DC-Netzteilnehmer abweichen. Etwaige Leistungsungleichgewichte im DC-Netz können über eine Verbindung des DC-Netzes mit einem AC-Netz ausgeglichen werden, beispielsweise mit einem übergeordneten Energieversorgungsnetz, mit dem elektrische Leistung über einen geeigneten Netzaustauschwandler ausgetauscht werden kann. Dieser Netz- austauschwandler kann dabei für den stabilen Betrieb des DC-Netzes zuständig sein und über entsprechende Mess-, Steuer- und Regelungstechnik sowie ausreichende Leistungsreserven verfügen, um das DC-Netz bei Bedarf auch ausschließlich mit elektrischer Leistung aus dem AC-Netz stabil zu betreiben. In one embodiment, the DC grid power is generated, stored and/or consumed by DC grid subscribers connected to the DC grid. The DC Grid power that is fed into the DC grid by the third power converter can deviate from the total power of the DC grid participants. Any power imbalances in the DC grid can be compensated for by connecting the DC grid to an AC grid, for example to a higher-level energy supply grid, with which electrical power can be exchanged via a suitable grid exchange converter. This mains exchange converter can be responsible for the stable operation of the DC network and have the appropriate measurement, control and regulation technology as well as sufficient power reserves to keep the DC network stable if required using only electrical power from the AC network operate.
Der sichere Betrieb des DC-Netzes und insbesondere der DC-Netzteilnehmer wird dabei nicht durch die Verbindung mit den entfernten DC-Einheiten beeinträchtigt. Insbesondere bewirkt die galvanische Trennung der entfernten DC-Einheiten eine Entkopplung der Potentiale des DC-Netzes von etwaigen Isolations- und/oder Ableit- stromeffekten, die an den entfernten DC-Einheiten auftreten können. Insgesamt ermöglicht die vorliegende Erfindung somit eine einfache, kostengünstige Integration von Speichern und lokalen Energieerzeugungseinheiten in die Energieversorgung über ein DC-Netz und erweist sich als besonders vorteilhaft zur Anwendung in industriellen DC-Netzen, die z.B. eine Fabrik mit Strom aus regenerativen Energie- quellen versorgen können. The safe operation of the DC grid and in particular the DC grid participants is not impaired by the connection to the remote DC units. In particular, the galvanic isolation of the remote DC units decouples the potentials of the DC network from any isolation and/or leakage current effects that may occur at the remote DC units. Overall, the present invention thus enables simple, cost-effective integration of storage and local energy generation units into the energy supply via a DC network and has proven to be particularly advantageous for use in industrial DC networks that supply a factory with electricity from renewable energy sources, for example can.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Austauschen von Leistung zwischen dem AC-Bus und einerweiteren DC-Einheit über einen weiteren Leistungs- wandler auf, wobei eine weitere DC-Leistung der weiteren DC-Einheit über den weiteren Leistungswandler in eine weitere AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt. Hierbei kann die weitere DC-Leistung durch die weitere DC-Einheit erzeugt, gespeichert und/oder verbraucht werden. Die weitere DC-Einheit kann insbesondere eine weitere DC-Energieerzeugungseinheit, z.B. eine weitere PV- Anlage, einen DC-Verbraucher, wie z.B. einen Elektrolyseur, oder einen DC- Speicher, z.B. eine Batterie umfassen. Der weitere Leistungswandler kann dabei eingerichtet sein, die weitere DC-Einheit in einem einstellbaren Arbeitspunkt zu betreiben. Das Verfahren bietet den Vorteil, dass Frequenz und/oder Amplitude der AC- Spannung und/oder des AC-Stromes des AC-Busses relativ frei gewählt werden, ohne dabei den teils strengen Anforderungen eines öffentlichen AC-Netzes zu unterliegen. Nichtsdestotrotz können Standardkomponenten, z.B. Schütze, Sicherungen, Überwachung, Transformator usw., verwendet werden, die auch für das herkömmliche öffentliche AC-Versorgungsnetz geeignet sind. So ist es beispielsweise möglich, einen herkömmlichen Transformator zur galvanischen Trennung des AC-Busses vom DC-Netz einzusetzen. Es ist auch möglich, den eingesetzten Transformator auf der AC-Busseite zu erden. Zudem ist ein besonders verlustarmer Betrieb der Leistungswandler möglich, indem die Amplitude der AC- Spannung auf dem AC-Bus, optional auf beiden Seiten des Transformators, im optimalen Verhältnis zur Amplitude der DC-Spannung im DC-Netz und optional an den DC-Einheiten eingestellt wird. Darüber hinaus können die einstellbaren Para- meter des AC-Busses, d.h. insbesondere Frequenz, Spannung und/oder Blind- leistung, zur Steuerung und Regelung der elektrischen Leistungsübertragung im Energieversorgungssystem verwendet werden. Insbesondere durch eine Kombi- nation von geeigneten Kennlinien, die Abhängigkeiten zwischen Frequenz auf dem AC-Bus und ausgetauschter Leistung der beteiligten Leistungswandler definieren, kann das Energieversorgungssystem stabil und mit zuverlässig vorhersagbarer Leistung betrieben werden. In one embodiment, the method comprises exchanging power between the AC bus and another DC unit via another power converter, wherein further DC power of the further DC unit is converted into further AC power via the further power converter will and/or vice versa. In this case, the further DC power can be generated, stored and/or consumed by the further DC unit. The additional DC unit can in particular include an additional DC power generation unit, eg an additional PV system, a DC consumer, such as an electrolyzer, or a DC storage unit, eg a battery. The additional power converter can be set up to operate the additional DC unit at an adjustable operating point. The method offers the advantage that the frequency and/or amplitude of the AC voltage and/or the AC current of the AC bus can be selected relatively freely without being subject to the sometimes strict requirements of a public AC grid. Nonetheless, standard components such as contactors, fuses, monitoring, transformers, etc. can be used, which are also suitable for the conventional public AC mains network. For example, it is possible to use a conventional transformer to electrically isolate the AC bus from the DC grid. It is also possible to ground the transformer used on the AC bus side. In addition, a particularly low-loss operation of the power converter is possible by adjusting the amplitude of the AC voltage on the AC bus, optionally on both sides of the transformer, in the optimal ratio to the amplitude of the DC voltage in the DC grid and optionally on the DC units is set. In addition, the adjustable parameters of the AC bus, ie in particular frequency, voltage and/or idle power, can be used to control and regulate the electrical power transmission in the energy supply system. The power supply system can be operated stably and with reliably predictable power, in particular through a combination of suitable characteristic curves that define dependencies between the frequency on the AC bus and the exchanged power of the power converters involved.
Eine Vorrichtung zum Austausch elektrischer Leistung in einem Energieversorgungs- system mit mindestens einer Energieerzeugungseinheit weist einen AC-Bus auf, an den ein erster Leistungswandler und ein zweiter Leistungswandler angeschlossen sind, wobei der erste Leistungswandler ausgebildet ist, eine erste DC-Leistung einer ersten DC-Einheit in erste AC-Leistung zu wandeln und/oder umgekehrt, und wobei der zweite Leistungswandler ausgebildet ist, eine zweite DC-Leistung einer zweiten DC-Einheit in zweite AC-Leistung zu wandeln und/oder umgekehrt. Der erste und der zweite Leistungswandler sind AC-seitig mit einem AC-Bus verbunden, so dass die erste und die zweite AC-Leistung als AC-Busleistung über den AC-Bus übertragbar sind. Die Vorrichtung weist einen Transformator auf, der zwischen dem AC-Bus und einer AC-Seite eines dritten Leistungswandlers angeordnet ist, wobei der Trans- formator eingerichtet ist, die AC-Busleistung zu übertragen und eine galvanische Trennung zu bewirken. Der dritte Leistungswandler ist zur Umwandlung der über den Transformator übertragenen AC-Busleistung in DC-Netzleistung und/oder umgekehrt eingerichtet. Auf einer DC-Seite des dritten Leistungswandlers ist ein DC-Netz anschließbar, in dem DC-Netzteilnehmer mit der DC-Netzleistung betreibbar sind. Zumindest die erste DC-Einheit ist als Energieerzeugungseinheit, insbesondere als PV-Anlage mit zumindest einem PV-Generator ausgebildet. Der dritte Leistungs- wandler ist dazu ausgebildet, eine Frequenz und eine Amplitude der AC-Spannung auf dem AC-Bus einzustellen. Dabei kann insbesondere eine Steuereinheit des dritten Leistungswandlers die Frequenz auf dem AC-Bus in Abhängigkeit von der DC-Netzleistung und die DC-Netzleistung in Abhängigkeit von der AC-Busleistung einstellen. A device for exchanging electrical power in a power supply system with at least one power generation unit has an AC bus to which a first power converter and a second power converter are connected, the first power converter being designed to produce a first DC power of a first DC To convert unit into first AC power and / or vice versa, and wherein the second power converter is designed to convert a second DC power of a second DC unit into second AC power and / or vice versa. The first and second power converters are connected to an AC bus on the AC side, so that the first and second AC power can be transmitted as AC bus power via the AC bus. The device includes a transformer arranged between the AC bus and an AC side of a third power converter, the transformer being configured to transfer the AC bus power and to provide galvanic isolation. The third power converter is for converting the over the Transformer-transmitted AC bus power set up in DC grid power and/or vice versa. A DC network can be connected to a DC side of the third power converter, in which DC network participants can be operated with the DC network power. At least the first DC unit is designed as an energy generation unit, in particular as a PV system with at least one PV generator. The third power converter is configured to adjust a frequency and an amplitude of the AC voltage on the AC bus. In particular, a control unit of the third power converter can adjust the frequency on the AC bus as a function of the DC mains power and the DC mains power as a function of the AC bus power.
Die Vorrichtung ermöglicht es damit, mehrere DC-Einheiten, insbesondere Energie- erzeugungseinheiten, Speicher und Verbraucher, über jeweilige Leistungswandler, z.B. DC/AC-Wandler, AC-seitig zu einem AC-Bus zu koppeln und die im AC-Bus gesammelte elektrische Leistung der DC-Einheiten mit dem DC-Netz auszutauschen. Der AC-Bus ist dabei über den Transformator galvanisch getrennt und über den dritten Leistungswandler mit dem DC-Netz verbunden. The device thus makes it possible to couple several DC units, in particular power generation units, storage devices and consumers, via respective power converters, e.g. DC/AC converters, on the AC side to form an AC bus and to use the electrical power collected in the AC bus to exchange the DC units with the DC grid. The AC bus is galvanically isolated via the transformer and connected to the DC grid via the third power converter.
Auf dem AC-Bus kann die Frequenz und/oder die Amplitude der AC-Spannung und/oder des AC-Stromes optimal ausgelegt werden. Optimal kann sich hierbei an der Auslegung des Gesamtsystems orientieren und insbesondere auch von aktuellen Gegebenheiten, z.B. der Sonneneinstrahlung auf eine PV-Anlage und der dadurch aktuell verfügbaren DC-Leistung abhängen. Es ist ebenso denkbar, die Frequenz und/oder die Amplitude im AC-Bus zumindest in Grenzen variabel einstellbar zu gestalten sowie die Leistungswandler in Abhängigkeit von der aktuellen Frequenz und/oder Amplitude im AC-Bus zu betreiben, insbesondere mittels f(P)- und/oder P(f)-Kennlinien. The frequency and/or the amplitude of the AC voltage and/or the AC current can be optimally designed on the AC bus. Optimum can be based on the design of the overall system and in particular also depend on current conditions, e.g. the solar radiation on a PV system and the DC power currently available as a result. It is also conceivable to make the frequency and/or the amplitude in the AC bus variably adjustable, at least within limits, and to operate the power converters as a function of the current frequency and/or amplitude in the AC bus, in particular by means of f(P) and/or P(f) characteristics.
Damit ist das DC-Netz, bei dem die DC-Spannung im Wesentlichen fest sein kann, über den dritten Leistungswandler und den Transformator mit dem AC-Bus verbunden. An den AC-Bus, der mit optimaler - möglicherweise auch in Grenzen variabler - Frequenz und/oder Amplitude der AC-Spannung und/oder des AC- Stromes betrieben werden kann, sind mehrere DC-Quellen und/oder DC-Ver- braucher über jeweilige Leistungswandler parallel angeschlossen und stellen ihre Leistung über den AC-Bus dem DC-Netz zur Verfügung, wobei sonstige Rück- wirkungen auf den sicheren Betrieb des DC-Netzes weitgehend vermieden werden. Thus, the DC grid, where the DC voltage can be essentially fixed, is connected to the AC bus via the third power converter and the transformer. Several DC sources and/or DC consumers are connected to the AC bus, which can be operated with an optimal frequency and/or amplitude of the AC voltage and/or the AC current—possibly also within limits variable respective power converters connected in parallel and set their Power is available to the DC grid via the AC bus, with other repercussions on the safe operation of the DC grid being largely avoided.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der erste Leistungswandler ausgebildet, die erste DC-Einheit in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung zu betreiben und die erste DC-Leistung in einen ersten AC-Strom umzuwandeln und in den AC-Bus einzu- speisen, wobei der erste AC-Strom der AC-Spannung im AC-Bus folgt. In one embodiment of the device, the first power converter is designed to operate the first DC unit in an operating point of maximum power and to convert the first DC power into a first AC current and feed it into the AC bus, the first AC -Current follows the AC voltage in the AC bus.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist an den AC-Bus eine weitere DC-Einheit über einen weiteren Leistungswandler anschließbar, wobei der weitere Leistungs- wandler ausgebildet ist, eine weitere DC-Leistung der weiteren DC-Einheit in eine weitere AC-Leistung zu wandeln und/oder umgekehrt. Die zweite und/oder die weitere DC-Einheit kann dabei eingerichtet sein, die jeweilige DC-Leistung zu erzeugen, zu speichern und/oder zu verbrauchen. In one embodiment of the device, a further DC unit can be connected to the AC bus via a further power converter, the further power converter being designed to convert further DC power from the further DC unit into further AC power and /or the other way around. The second and/or the additional DC unit can be set up to generate, store and/or consume the respective DC power.
Optional kann die zweite DC-Einheit als weitere Energieerzeugungseinheit, insbesondere als weitere PV-Anlage mit zumindest einem weiteren PV-Generator ausgebildet sein. Optional kann der zweite Leistungswandler dann ausgebildet sein, die zweite DC-Einheit in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung zu betreiben und die zweite DC-Leistung in einen zweiten AC-Strom umzuwandeln und in den AC-Bus einzuspeisen, wobei der zweite AC-Strom der AC-Spannung im AC-Bus folgt. Optionally, the second DC unit can be designed as a further energy generation unit, in particular as a further PV system with at least one further PV generator. Optionally, the second power converter can then be designed to operate the second DC unit in an operating point of maximum power and to convert the second DC power into a second AC current and to feed it into the AC bus, the second AC current being the AC -Voltage in the AC bus follows.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der Transformator auf seiner an den AC-Bus angeschlossenen Seite geerdet. In one embodiment of the device, the transformer is grounded on its side connected to the AC bus.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die Steuerung zumindest teilweise durch den ersten, den zweiten und/oder den dritten Leistungswandler realisiert. Der erste, der zweite und/oder der dritte Leistungswandler kann dabei insbesondere als sogenannter aktiver Leistungswandler realisiert sein. Aktive Leistungswandler weisen hierbei eine Brückenschaltung auf, in der Leistungshalbleiterschalter aktiv von einer Steuerung zur elektrischen Leistungswandlung angesteuert werden. Die Steuerung der Leistungshalbleiterschalter und die Steuerung der Vorrichtung kann dabei auf der gleichen Hardware realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung der Vorrichtung zumindest teilweise außerhalb der Vorrichtung realisiert sein. Bevorzugt kommuniziert eine außerhalb der Vorrichtung realisierte Steuerung in einem solchen Fall mit der Vorrichtung bzw. den einzelnen Leistungswandlern über eine Kommunikationsschnittstelle. In one embodiment of the device, the control is implemented at least partially by the first, the second and/or the third power converter. The first, the second and/or the third power converter can in particular be implemented as a so-called active power converter. In this case, active power converters have a bridge circuit in which power semiconductor switches are actively controlled by a controller for electrical power conversion. The control of the power semiconductor switches and the control of the device can be implemented on the same hardware. Alternatively or additionally, the device can be controlled at least partially outside of the device. In such a case, a controller implemented outside of the device preferably communicates with the device or the individual power converters via a communication interface.
Ein Energieversorgungssystem kann eine solche vorstehend beschriebene Vor- richtung aufweisen. Das Energieversorgungssystem kann weiter eine erste DC- Einheit aufweisen, die bevorzugt als PV-Anlage mit zumindest einem PV-Generator ausgebildet ist. Eine zweite DC-Einheit der Vorrichtung kann ebenfalls als PV- Generator oder als Energiespeicher ausgebildet sein. An ein DC-Netz der Vor- richtung können DC-Netzteilnehmer zur Entnahme von DC-Netzleistung ange- schlossen werden. Ein übergeordnetes AC-Versorgungsnetz kann über einen Netzaustauschwandler zur Versorgung des DC-Netzes an das DC-Netz angeschlossen werden. An energy supply system can have such a device as described above. The energy supply system can also have a first DC unit, which is preferably designed as a PV system with at least one PV generator. A second DC unit of the device can also be designed as a PV generator or as an energy store. DC network subscribers can be connected to a DC network of the device in order to draw DC network power. A higher-level AC supply grid can be connected to the DC grid via a grid exchange converter to supply the DC grid.
In einer Ausführungsform weist das Energieversorgungssystem die Steuerung auf, welche eingerichtet ist, einen Sollwert für die DC-Netzleistung zu empfangen und den ersten Leistungswandler, den zweiten Leistungswandler und/oder den dritten Leistungswandler so zu betreiben, dass die DC-Netzleistung dem Sollwert entspricht. Ein geeigneter Sollwert kann einen absoluten Wert umfassen, beispielsweise eine aktuell zur Versorgung des DC-Netzes benötigte Leistung, oder einen generischen Wert aufweisen, beispielsweise die maximal verfügbare regenerativ erzeugte Leistung aus dem AC-Bus abrufen. In one embodiment, the energy supply system has the controller configured to receive a target value for the DC grid power and to operate the first power converter, the second power converter and/or the third power converter such that the DC grid power corresponds to the target value. A suitable target value can include an absolute value, for example a power currently required to supply the DC network, or have a generic value, for example the maximum available regeneratively generated power retrieved from the AC bus.
Es ist dabei möglich, die DC-Einheiten und die jeweiligen Leistungswandler, über die die DC-Einheiten an den AC-Bus angeschlossen sind, mittels der Steuerung so Zusammenwirken zu lassen, dass der AC-Bus als Ganzes spezielle Funktionen für das DC-Netz anbieten kann. Z.B. kann dem DC-Netz über den dritten Leistungs- wandler eine sogenannte DC-Regelleistung zur Verfügung gestellt werden, die zur Spannungsstabilisierung im DC-Netz dient und zwischen den DC-Einheiten und dem DC-Netz über die jeweiligen Leistungswandler und den AC-Bus ausgetauscht wird. It is possible to let the DC units and the respective power converters, via which the DC units are connected to the AC bus, interact by means of the controller in such a way that the AC bus as a whole performs special functions for the DC grid can offer. For example, a so-called DC control power can be made available to the DC grid via the third power converter, which serves to stabilize the voltage in the DC grid and between the DC units and the DC grid via the respective power converters and the AC bus is exchanged.
Damit ermöglicht es die Vorrichtung, für die Anbindung einer PV-Anlage einen AC- Bus zur Verfügung zu stellen, der getrennt von einem öffentlichen AC-Versorgungs- netz betrieben werden und daher so ausgelegt werden kann, dass einerseits AC- Standardkomponenten wie Sicherungen, Umrichter, Transformatoren, Fehlerstrom- erkennung, Lasttrennschalter, AC-Kabel u. ä. eingesetzt werden können und andererseits einige Anforderungen an übliche öffentliche AC-Versorgungsnetze nicht zwingend umgesetzt werden müssen, z.B. die normative Vorgabe einer Soll- spannung oder Sollfrequenz, aber bei Bedarf umgesetzt werden können. Dies kann genutzt werden, um einen möglichst einfachen und effizienten Aufbau zu erreichen, wobei insbesondere Verluste entlang langer DC-Leitungen und/oder aufgrund ineffizienter galvanisch trennender DC/DC-Umwandlung sowie etwaige störende Einflüsse von Potentialverschiebungen oder Ableitströmen seitens der Energie- erzeugungseinheiten vermieden werden können. The device thus makes it possible to provide an AC bus for the connection of a PV system, which can be operated separately from a public AC supply network and can therefore be designed in such a way that, on the one hand, AC Standard components such as fuses, converters, transformers, residual current detection, switch disconnectors, AC cables, etc. can be used and, on the other hand, some requirements for common public AC supply networks do not necessarily have to be implemented, e.g. the normative specification of a target voltage or target frequency , but can be implemented if necessary. This can be used to achieve a structure that is as simple and efficient as possible, whereby in particular losses along long DC lines and/or due to inefficient galvanically isolating DC/DC conversion and any disruptive influences of potential shifts or leakage currents on the part of the power generation units are avoided can.
Die Vorrichtung kann Kosten sparen und Verluste für minimieren, insbesondere in Anwendungen, bei denen mehrere DC-Einheiten, insbesondere DC-Quellen, galvanisch getrennt und unter Umständen über größere Distanzen, beispielsweise über mehrere Hundert Meter, an ein DC-Netz angeschlossen werden sollen. The device can save costs and minimize losses, particularly in applications in which several DC units, in particular DC sources, are to be electrically isolated and possibly connected to a DC network over greater distances, for example several hundred meters.
Der Transformator zur galvanischen Trennung kann möglichst nah am dritten Leistungswandler angeordnet werden, um z.B. einen möglichst großen Teil der Verkabelung galvanisch getrennt vom DC-Netz zu haben. The transformer for galvanic isolation can be arranged as close as possible to the third power converter, e.g. to have as much of the cabling as possible galvanically isolated from the DC network.
Figuren characters
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of figures.
Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Energieversorgungssystem, 1 shows an example of an energy supply system,
Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungs- systems; 2 shows an example of a method for operating an energy supply system;
Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Energieversorgungsanlage und Fig. 3 shows schematically an embodiment of an energy supply system and
Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Energieversorgungs- anlage. 4 schematically shows a further embodiment of an energy supply system.
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Energieversorgungssystem 10 dargestellt, das einen DC-Abschnitt 1 , ein AC-Versorgungsnetz 2 und einen Energieerzeuger 3 umfasst. Das Energieversorgungssystem 10 dient insbesondere zur Versorgung von DC- Netzteilnehmern 40 im DC-Abschnitt 1 mit elektrischer Leistung, die insbesondere über einen Netzaustauschwandler 36 aus einem AC-Versorgungsnetz 2 bereitgestellt wird. Dabei kann der Netzaustauschwandler 36 elektrische Leistung aus dem AC- Versorgungsnetz 2 entnehmen in ein DC-Netz 30 einspeisen, an das die DC-Netzteil- nehmer 40 angeschlossen sind. Für den stabilen Betrieb des DC-Netzes 30 kann der Netzaustauschwandler 36 eine geeignete Regelung aufweisen, die beispielsweise Leistungsungleichgewichte im DC-Netz 30 durch Variation der Netzaustausch- leistung ausgleicht und dadurch insbesondere die DC-Spannung im DC-Netz 30 in einem zulässigen Bereich hält. In the figures, identical or similar elements are denoted by the same reference symbols. An exemplary power supply system 10 is shown in FIG. The energy supply system 10 serves in particular to supply DC network subscribers 40 in the DC section 1 with electrical power, which is provided in particular via a network exchange converter 36 from an AC supply network 2 . In this case, the network exchange converter 36 can draw electrical power from the AC supply network 2 and feed it into a DC network 30 to which the DC network participants 40 are connected. For the stable operation of the DC network 30, the network exchange converter 36 can have a suitable controller, which, for example, compensates for power imbalances in the DC network 30 by varying the network exchange power and thereby keeps the DC voltage in the DC network 30 in a permissible range .
Der Energieerzeuger 3 ist außerhalb des DC-Abschnitts 1 angeordnet und über eine Verbindung 4 mit dem DC-Netz 30 verbunden. Um elektrische Leistung vom Energie- erzeuger 3 über die Verbindung 3 in das DC-Netz 30 einspeisen zu können, müssen je nach konkreter Ausführung des Energieerzeugers 3 bestimmte Randbedingungen und Richtlinien beachtet werden. Insbesondere kann aus Isolations- und Sicherheits- gründen eine galvanische Trennung zwischen dem Energieerzeuger 3 und dem DC- Netz 30 erforderlich sein. Abhängig von der Leistungsfähigkeit des Energieerzeugers 3 kann dessen Leistung einen Teil der im DC-Netz 30 benötigten elektrischen Leistung bereitstellen und/oder das DC-Netz 30 zumindest zeitweise vollständig mit elektrischer Leistung versorgen; etwaige darüberhinausgehende Leistung des Energieerzeugers 3 kann als Überschussleistung über den Netzaustauschwandler 36 in das AC-Versorgungsnetz 2 eingespeist und/oder innerhalb des Energie- versorgungssystems 10 (zwischen-)gespeichert werden. The energy generator 3 is arranged outside the DC section 1 and is connected to the DC network 30 via a connection 4 . In order to be able to feed electrical power from the energy generator 3 into the DC network 30 via the connection 3, certain boundary conditions and guidelines must be observed depending on the specific design of the energy generator 3. In particular, a galvanic isolation between the energy generator 3 and the DC network 30 may be necessary for reasons of isolation and safety. Depending on the performance of the energy generator 3, its output can provide part of the electrical power required in the DC network 30 and/or supply the DC network 30 at least at times completely with electrical power; Any additional power from the energy generator 3 can be fed into the AC supply network 2 as excess power via the network exchange converter 36 and/or can be (temporarily) stored within the energy supply system 10 .
In Fig. 2 ist schematisch ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungs- systems 10 gezeigt. Ein konkretes Energieversorgungssystem 10 mit zwei DC- Energieerzeugungseinheiten als DC-Einheiten, z. B. zwei PV-Anlagen 22, die den Energieerzeuger 3 bilden und deren Leistung über die Verbindung 4 in den DC- Abschnitt 1 gelangen soll, ist beispielhaft in Fig. 2 oder Fig. 3 dargestellt. Das Verfahren weist die Schritte auf: Schritt S1 : Austauschen von Leistung zwischen einer ersten PV-Anlage 22 und einem AC-Bus 20 über einen ersten Leistungswandler 12, wobei eine erste DC- Leistung der ersten PV-Anlage 22 über den ersten Leistungswandler 12 in eine erste AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt. A method for operating an energy supply system 10 is shown schematically in FIG. A concrete power supply system 10 with two DC power generation units as DC units, z. B. two PV systems 22, which form the energy generator 3 and whose power is to reach the DC section 1 via the connection 4, is shown as an example in FIG. 2 or FIG. The procedure has the steps: Step S1: Exchanging power between a first PV system 22 and an AC bus 20 via a first power converter 12, with a first DC power of the first PV system 22 being converted into a first AC power via the first power converter 12 and/or vice versa.
Schritt S2: Austauschen von Leistung zwischen einer zweiten DC-Einheit 22, 26, 28 und dem AC-Bus 20 über einen zweiten Leistungswandler 14, 16, 18, wobei eine zweite DC-Leistung der zweiten DC-Einheit 22, 26, 28 über den zweiten Leistungswandler 14, 16, 18 in eine zweite AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt. Die zweite DC-Einheit kann für das Beispiel von Fig. 2 eine zweite PV- Anlage 22 sein. Für das Beispiel von Fig. 3 kann die zweite DC-Einheit z. B. die zweite PV-Anlage 22, eine Batterie 26 oder ein Verbraucher 28, wie z. B. ein Elektrolyseur, sein. Weitere DC-Einheiten können z. B. die zweite oder eine weitere PV-Anlage 22, die Batterie 26 oder eine weitere Batterie 26 und/oder ein Verbraucher 28 und/oder ein weiterer Verbraucher 28 sein. Step S2: Exchanging power between a second DC unit 22, 26, 28 and the AC bus 20 via a second power converter 14, 16, 18, whereby a second DC power of the second DC unit 22, 26, 28 via the second power converter 14, 16, 18 is converted into a second AC power and/or vice versa. The second DC unit can be a second PV system 22 for the example in FIG. 2 . For the example of FIG. 3, the second DC unit can e.g. B. the second PV system 22, a battery 26 or a consumer 28 such. B. an electrolyser to be. Additional DC units can e.g. B. the second or a further PV system 22, the battery 26 or a further battery 26 and / or a consumer 28 and / or a further consumer 28 be.
Schritt S3: Zusammenführen der ersten und der zweiten AC-Leistung zu einer AC- Busleistung des AC-Busses 20. Step S3: Combining the first and the second AC power to form an AC bus power of the AC bus 20.
Schritt S4: Übertragen der AC-Busleistung über einen Transformator 32. Step S4: Transmit AC bus power through a transformer 32.
Schritt S5: Austauschen von Leistung zwischen dem AC-Bus 20 und einem DC-Netz 30 über einen dritten Leistungswandler 34, wobei die vom Transformator 32 über- tragene AC-Busleistung über den dritten Leistungswandler 34 in eine DC- Netzleistung gewandelt wird und/oder umgekehrt. Step S5: Exchanging power between the AC bus 20 and a DC grid 30 via a third power converter 34, wherein the AC bus power transmitted by the transformer 32 is converted into a DC grid power via the third power converter 34 and/or vice versa.
Zumindest die erste DC-Einheit 22 ist als Energieerzeugungseinheit, insbesondere als PV-Anlage 22 mit zumindest einem PV-Generator 24 ausgebildet. Auf dem AC- Bus 32 wird eine Frequenz und/oder eine Amplitude der AC-Spannung und/oder des AC-Stromes eingestellt, wobei der dritte Leistungswandler 34 die DC-Netzleistung in Abhängigkeit von der AC-Busleistung einstellt. Dabei kann die DC-Netzleistung vorgegeben sein und der dritte Leistungswandler sorgt für einen ausgeglichenen Leistungszu- und abfluss im AC-Bus. Das Verfahren wird z. B. durch eine Steuerung ausgeführt, die Teil der Energieversorgungsanlage 10 sein kann. At least the first DC unit 22 is designed as an energy generation unit, in particular as a PV system 22 with at least one PV generator 24 . A frequency and/or an amplitude of the AC voltage and/or the AC current is set on the AC bus 32, with the third power converter 34 setting the DC grid power as a function of the AC bus power. The DC grid power can be specified and the third power converter ensures a balanced power inflow and outflow in the AC bus. The procedure is z. B. performed by a controller that may be part of the power supply system 10.
In Fig. 3 ist schematisch eine Ausführungsform eines Energieversorgungssystems 10 mit zwei PV-Anlagen 22 dargestellt. Jede der PV-Anlagen 22 weist einen oder mehrere PV-Generatoren 24 auf. Die von den PV-Anlagen 22 erzeugte DC-Leistung wird für jede der PV-Anlagen 22 jeweils von einem Leistungswandler 12, 14, die als Wechselrichter ausgebildet sein können, in AC-Leistung umgewandelt. Die AC- Leistungen der Leistungswandler 12, 14 werden auf dem AC-Bus 20 als AC-Bus- leistung zusammengeführt. Neben den beiden PV-Anlagen 22 können weitere DC- Einheiten über weitere Leistungswandler an den AC-Bus 20 angeschlossen werden. Die AC-Leistung auf dem AC-Bus 20 wird über einen Transformator 32 an den dritten Leistungswandler 34 übertragen. Die über den Transformator 32 übertragene AC- Leistung wird über den dritten Leistungswandler 34, der als aktiver Gleichrichter ausgebildet sein kann, in eine DC-Netzleistung gewandelt, die mit dem DC-Netz 30 ausgetauscht wird und dadurch DC-Netzteilnehmer 40 zur Verfügung steht. Das DC- Netz 30 kann z. B. ein industrielles DC-Netz sein, das über einen Netzaustausch- wandler 36 mit einem öffentlichen AC-Versorgungsnetz 2 Leistung austauschen kann. Hierfür kann der Netzaustauschwandler 36 AC-seitig über einen Transfor- mator, insbesondere über einen geerdeten Mittelspannungs-Transformator 38 mit dem AC-Versorgungsnetz 2 verbunden sein. An embodiment of an energy supply system 10 with two PV systems 22 is shown schematically in FIG. 3 . Each of the PV systems 22 has one or more PV generators 24 . The DC power generated by the PV systems 22 is for each of the PV systems 22 in each case by a power converter 12, 14, as Inverters can be configured, converted into AC power. The AC powers of the power converters 12, 14 are combined on the AC bus 20 as AC bus power. In addition to the two PV systems 22, further DC units can be connected to the AC bus 20 via further power converters. The AC power on the AC bus 20 is transferred to the third power converter 34 via a transformer 32 . The AC power transmitted via the transformer 32 is converted via the third power converter 34, which can be embodied as an active rectifier, into a DC mains power which is exchanged with the DC mains 30 and is thereby available to the DC mains participants 40. The DC network 30 can, for. B. be an industrial DC network that can exchange power via a network exchange converter 36 with a public AC supply network 2 power. For this purpose, the network exchange converter 36 can be connected to the AC supply network 2 on the AC side via a transformer, in particular via a grounded medium-voltage transformer 38 .
Eine solche Auslegung des Energieversorgungssystems 10 erlaubt es, einen Energieerzeuger 3 mit mehreren DC-Einheiten 22 mit dem DC-Netz 30 zu verbinden, ohne die einzelnen Leistungswandler 12, 14 mit galvanischer Trennung auslegen zu müssen. Die galvanische Trennung der PV-Anlagen 22 von dem DC-Netz 30 kann z. B. über den Transformator 32 realisiert werden. Dies erlaubt eine kostengünstigere Realisierung eines normgerechten und sicheren Energieversorgungssystems 10, da über die galvanische Trennung des Transformators 32 mehrere DC-Einheiten 22 galvanisch getrennt mit dem DC-Netz 30 verbunden und koordiniert betrieben sowie abgesichert werden können. Such a design of the energy supply system 10 makes it possible to connect an energy generator 3 with a plurality of DC units 22 to the DC network 30 without having to design the individual power converters 12, 14 with galvanic isolation. The galvanic isolation of the PV systems 22 from the DC grid 30 can, for. B. can be realized via the transformer 32. This allows a more cost-effective realization of a standard-compliant and secure energy supply system 10, since the galvanic isolation of the transformer 32 allows a plurality of DC units 22 to be electrically isolated from the DC network 30 and operated and secured in a coordinated manner.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Energieversorgungssystems 10 dargestellt. Neben zwei PV-Anlagen 22, die über einen ersten und einen zweiten Leistungswandler 12, 14 an einen AC-Bus 20 angeschlossen sind, ist ein Speicher 26 für elektrische Energie vorgesehen, der z. B. als Batterie ausgebildet ist und elektrische Energie speichern und abgeben kann. Der Speicher 26 ist über den Leistungswandler 16 an den AC-Bus 20 angeschlossen und kann über den Leistungswandler 16 elektrische DC-Leistung beim Laden aufzunehmen und beim Entladen abzugeben. Der Leistungswandler 16 ist eingerichtet, die DC-Leistung des Speichers 26 in AC-Leistung zu wandeln und mit dem AC-Bus 20 auszutauschen. In der Energieversorgungsanlage 10 ist weiter ein DC-Verbraucher 28, z. B. ein Elektrolyseur, vorgesehen. Der DC-Verbraucher 28 kann über den Leistungswandler 28 aus dem AC-Bus 20 mit elektrischer Leistung versorgt werden. A further exemplary embodiment of an energy supply system 10 is shown in FIG. 4 . In addition to two PV systems 22, which are connected via a first and a second power converter 12, 14 to an AC bus 20, a storage device 26 for electrical energy is provided, the z. B. is designed as a battery and can store and deliver electrical energy. The memory 26 is connected to the AC bus 20 via the power converter 16 and can take up electrical DC power when charging and deliver it when discharging via the power converter 16 . The power converter 16 is configured to convert the DC power of the storage 26 into AC power and exchange it with the AC bus 20 . In the power supply system 10 is further a DC consumer 28, z. B. an electrolyzer provided. The DC load 28 can be supplied with electrical power from the AC bus 20 via the power converter 28 .
Auf dem AC-Bus 20 werden die von den Leistungswandlern 12, 14, 16, 18 mit dem AC-Bus ausgetauschten elektrischen Leistungen in eine AC-Busleistung zusammen- geführt und über den Transformator 32 zu dem dritten Leistungswandler 34 über- tragen. Über den dritten Leistungswandler 34 wird elektrische Leistung mit dem DC- Netz 30 ausgetauscht, an das DC-Netzteilnehmer 40 angeschlossen sein können.On the AC bus 20 , the electrical power exchanged by the power converters 12 , 14 , 16 , 18 with the AC bus is combined into an AC bus power and transmitted to the third power converter 34 via the transformer 32 . Electrical power is exchanged with the DC network 30 via the third power converter 34, to which DC network subscribers 40 can be connected.
Die DC-Netzteilnehmer 40 können z. B. DC-Verbraucher oder DC-Erzeuger sein. Auch ein Leistungsaustausch zwischen DC-Netz 40 und dem AC-Versorgungsnetz 2 ist über den Netzaustauschwandler 36 und ggf. den Mittelspannungs-Transformator 38 möglich. The DC network participants 40 can, for. B. DC consumer or DC generator. Power can also be exchanged between the DC network 40 and the AC supply network 2 via the network exchange converter 36 and, if necessary, the medium-voltage transformer 38 .
Durch den Transformator 32 sind die DC-Einheiten 22, 26, 28 galvanisch getrennt von dem DC-Netz 30. Die galvanische Trennung des Transformators 32 ist insbesondere für eine große Distanz zwischen DC-Netz 30 und Energieerzeuger 3 sowie eine Vielzahl von DC-Einheiten 22, 26, 28 ausreichend, so dass die den DC- Einheiten 22, 26, 28 einzeln zugeordneten Leistungswandler 12, 14, 16, 18 ohne galvanische Trennung ausgeführt sein können. The DC units 22, 26, 28 are electrically isolated from the DC network 30 by the transformer 32. The electrical isolation of the transformer 32 is particularly important for a large distance between the DC network 30 and the energy generator 3 and a large number of DC units 22, 26, 28 is sufficient so that the power converters 12, 14, 16, 18 individually assigned to the DC units 22, 26, 28 can be designed without galvanic isolation.
Auf dem AC-Bus 20 kann die AC-Spannung, z. B. die Amplitude und/oder die Frequenz der AC-Spannung in gewissen Grenzen vorgegeben und entsprechend eingestellt werden. Die Werte hierfür können weitgehend unabhängig davon gewählt werden, welche Werte ein öffentliches Netz, beispielsweise das AC-Versorgungsnetz 2 erfordern würde. On the AC bus 20, the AC voltage, e.g. B. the amplitude and / or the frequency of the AC voltage can be specified within certain limits and adjusted accordingly. The values for this can be selected largely independently of which values a public grid, for example the AC supply grid 2, would require.
In einer möglichen Systemauslegung kann die DC-Spannung im DC-Netz 30 vorge- geben sein, z. B. durch Vorgaben an ein industrielles DC-Netz. Die von den PV- Anlagen 22 abgegebene DC-Spannung ist in der Regel durch die Auslegung der PV- Generatoren 24 vorgegeben und durch die schwankende Einstrahlung der Sonne ebenfalls variabel. Die Betriebsspannungen von Batterie und/oder Elektrolyseur können bauartbedingt durch die Einheiten vorgegeben sein. Das offenbarte Energie- versorgungssystem 10 bietet eine Reihe von Freiheitsgraden, um diese in der Regel unterschiedlichen Betriebsspannungen, also die Spannungen im Energieerzeuger 2 und die Spannung im DC-Netz miteinander zu koppeln. Beispiele für Parameter, die in der Systemauslegung optimiert werden können, um einen gewünschten Leistungs- fluss zwischen Energieerzeuger 2 und DC-Netz 1 sowie AC-Versorgungsnetz 3 möglichst verlustarm und effizient einzustellen, sind die Amplitude und/oder die Frequenz der AC-Spannung auf dem AC-Bus 20 sowie das Übersetzungsverhältnis des Transformators 32. In a possible system design, the DC voltage in the DC network 30 can be specified, e.g. B. through specifications for an industrial DC network. The DC voltage emitted by the PV systems 22 is generally predetermined by the design of the PV generators 24 and is also variable due to the fluctuating irradiation of the sun. The operating voltages of the battery and/or electrolyser can be specified by the design of the units. The disclosed energy supply system 10 offers a number of degrees of freedom for this as a rule different operating voltages, so to couple the voltages in the energy generator 2 and the voltage in the DC network with each other. Examples of parameters that can be optimized in the system design in order to set a desired power flow between energy generator 2 and DC network 1 and AC supply network 3 with as little loss as possible and efficiently are the amplitude and/or the frequency of the AC voltage the AC bus 20 and the transformation ratio of the transformer 32.
Eine Steuerung eines Energieversorgungssystems 10 gemäß Fig 3 oder Fig. 4 wird im Folgenden beschrieben. A control of an energy supply system 10 according to FIG. 3 or FIG. 4 is described below.
Die DC-Spannung im DC-Bus 30 wird zunächst als gegeben angenommen. Der dritte Leistungswandler 34 ist als leistungselektronische Brückenschaltung ausgeführt, die getaktet betrieben wird, wobei durch die konkrete Taktung eine Frequenz der AC- seitigen Spannung sowie ein Übersetzungsverhältnis der AC-seitigen Spannung relativ zur DC-seitigen Spannung eingestellt wird. Der dritte Leistungswandler 34 bestimmt somit Frequenz und Amplitude der Spannung im AC-Bus 20 gemäß Fig. 3 und Fig. 4. Die Frequenz kann fest, z.B. bei 50 Flz oder auch 74,1 Hz eingestellt werden, oder variabel in einem einstellbaren Bereich sein, z.B. in einem zulässigen Frequenzband um eine Nominalfrequenz von z.B. 60 Hz oder auch 41,3 Hz. The DC voltage in the DC bus 30 is initially assumed to be given. The third power converter 34 is designed as a power electronic bridge circuit that is operated in a clocked manner, the specific clocking setting a frequency of the AC-side voltage and a transformation ratio of the AC-side voltage relative to the DC-side voltage. The third power converter 34 thus determines the frequency and amplitude of the voltage in the AC bus 20 according to FIG. 3 and FIG , e.g. in a permissible frequency band around a nominal frequency of e.g. 60 Hz or 41.3 Hz.
Die derart hinsichtlich Frequenz und Amplitude vorgegebene Spannung des AC-Bus 20 wird von den Leistungswandlern 12, 14, 16, 18 am AC-Bus 20 detektiert und die Leistungswandlern 12, 14, 16, 18 synchronisieren ihre Einspeisung mit dieser AC- Spannung, d.h. sie prägen einen AC-Strom in die im wesentlichen gegebene AC- Spannung im AC-Bus 20 ein. The voltage of the AC bus 20, thus predetermined in terms of frequency and amplitude, is detected by the power converters 12, 14, 16, 18 on the AC bus 20 and the power converters 12, 14, 16, 18 synchronize their feed with this AC voltage, i.e. they impress an AC current on the essentially given AC voltage in the AC bus 20 .
In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann der dritte Leistungswandler 34 zusätzlich derart geregelt werden, dass die PV-Generatoren 24 an einem Arbeitspunkt maxi- maler Leistung betrieben werden. Die Leistungswandler 12, 14 können dazu mit einem festem Spannungsübersetzungsverhältnis betrieben werden, beispielsweise mit einer weitgehend festen Taktung mit optimalem Wirkungsgrad. Eine Änderung der AC-Spannung im AC-Bus 20 durch den dritten Leistungswandler 34 wird damit von den Leistungswandlern 12, 14 direkt an die PV-Generatoren 24 durchgereicht und bewirkt eine Änderung des Arbeitspunktes der PV-Generatoren 24, d.h. die DC- Spannung der PV-Generatoren 24 steigt und fällt mit der eingestellten AC-Spannung im AC-Bus 20. Der dritte Leistungswandler 34 kann nun die aktuell umgesetzte elektrische Leistung in Abhängigkeit der AC-Spannung erfassen und die AC- Spannung erhöhen bzw. verringern, um die Leistung zu maximieren. So stellt sich im AC-Bus 20 diejenige Spannung ein, bei welcher die PV-Generatoren 24 unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse der Leistungswandler 12, 14 ihre maximale Leistung abgeben. Sollte es notwendig oder gewünscht sein, die über den dritten Leistungswandler 34 in das DC-Netz 30 eingespeiste Leistung zu reduzieren, beispielsweise wenn ein Überangebot an DC-Leistung im DC-Netz 30 vorliegt, kann die AC-Spannung im AC-Bus 20 durch den dritten Leistungswandler 34 erhöht oder verringert werden, um den Arbeitspunkt der PV-Generatoren 24 in Richtung Leerlauf bzw. Kurzschluss zu verschieben und so die Leistung gegenüber dem Arbeitspunkt mit maximaler Leistung zu verringern. In the embodiment according to FIG. 3, the third power converter 34 can additionally be regulated in such a way that the PV generators 24 are operated at an operating point of maximum power. For this purpose, the power converters 12, 14 can be operated with a fixed voltage transformation ratio, for example with largely fixed clocking with optimum efficiency. A change in the AC voltage in the AC bus 20 due to the third power converter 34 is thus passed on directly to the PV generators 24 by the power converters 12 , 14 and causes a change in the operating point of the PV generators 24, ie the DC voltage of the PV generators 24 rises and falls with the set AC voltage in the AC bus 20. The third power converter 34 can now depend on the currently converted electrical power sense the AC voltage and increase or decrease the AC voltage to maximize performance. The voltage at which the PV generators 24 deliver their maximum power, taking into account the transformation ratios of the power converters 12, 14, is thus established in the AC bus 20. Should it be necessary or desired to reduce the power fed into the DC grid 30 via the third power converter 34, for example if there is an oversupply of DC power in the DC grid 30, the AC voltage in the AC bus 20 can through the third power converter 34 can be increased or reduced in order to shift the operating point of the PV generators 24 in the direction of open circuit or short circuit and thus reduce the power compared to the operating point with maximum power.
Eine Ausführungsform der Regelung des Energieversorgungssystems 10, die insbesondere auf das Energieversorgungssystem 10 gemäß Fig. 4 anwendbar ist, kann den Energiespeicher 26 am AC-Bus 20 effizient nutzen. Die Amplitude und die Frequenz der AC-Spannung im AC-Bus 20 werden dabei zunächst durch den dritten Leistungswandler 34 eingestellt. Für die Amplitude und die Frequenz der AC- Spannung im AC-Bus 20 werden allen beteiligten Leistungswandlern 12, 16, 34 Sollwerte vorgegeben. Dabei hat jeder Leistungswandler 12, 16, 34 eine spezifische P(f)- bzw. f(P)-Kennlinie (vergleiche Fig. 5), die die jeweils umzusetzende Leistung P in Abhängigkeit der aktuellen Frequenz f im AC-Bus 20 bzw. die einzustellende Frequenz in Abhängigkeit der aktuellen DC-Netzleistung vorgibt. An embodiment of the regulation of the energy supply system 10, which can be applied in particular to the energy supply system 10 according to FIG. 4, can use the energy store 26 on the AC bus 20 efficiently. The amplitude and the frequency of the AC voltage in the AC bus 20 are initially set by the third power converter 34 . For the amplitude and the frequency of the AC voltage in the AC bus 20, all power converters 12, 16, 34 involved are given target values. Each power converter 12, 16, 34 has a specific P(f) or f(P) characteristic (see Fig. 5), which calculates the power P to be converted in each case as a function of the current frequency f in the AC bus 20 or specifies the frequency to be set depending on the current DC network power.
Konkret können Kennlinien P12, P14, P34 für die Leistungswandler 12, 14, 34 und ggf. Kennlinien P16, P18 für die Leistungswandler 16, 18 vorgesehen sein. Ein Ausführungsbeispiel solcher Kennlinien ist in Fig. 5 beispielhaft dargestellt. In Fig. 5 zeigt die horizontale Achse die Frequenz f im AC-Bus 20 und die vertikale Achse den Leistungsfluss P in Energieversorgungssystem 10, wobei positive Werte einen Leistungsfluss P in Richtung des DC-Netzes 30 und umgekehrt bedeuten. Die Kennlinie P34 des dritten Leistungswandlers weist in diesem Beispiel eine konstante Steigung auf und schneidet die Frequenzachse bei einer Frequenz f1. Dabei kann der dritte Leistungswandler 34 bei einer Frequenz oberhalb einer Schwelle f1 Leistung aus dem AC-Bus 20 in das DC-Netz 30 abgeben (Gleichrichter- betrieb) und bei einer Frequenz unterhalb der Schwelle f1 Leistung aus dem DC-Netz 30 in den AC-Bus 20 einspeisen (Wechselrichterbetrieb). Eine konkrete Vorgabe für einen Leistungsbezug durch das DC-Netz 30 oder eine Entnahme aus dem DC-Netz 30 können insbesondere übergeordnet erfolgen, beispielsweise indem eine maxi- male Verwertung regenerativ erzeugbarer Energie angestrebt wird und/oder indem Regelleistung auf Basis der Stabilitätsanforderungen des DC-Netzes 30 bereitgestellt wird. Der Leistungswandler 34 legt bei einer konkreten über ihn ausgetauschten Leistung über die f(P)-Kennlinie die Frequenz für den AC-Bus fest und stellt diese sodann ein. Specifically, characteristic curves P12, P14, P34 for the power converters 12, 14, 34 and, if necessary, characteristic curves P16, P18 for the power converters 16, 18 can be provided. An exemplary embodiment of such characteristic curves is shown in FIG. 5 by way of example. In FIG. 5, the horizontal axis shows the frequency f in the AC bus 20 and the vertical axis shows the power flow P in the energy supply system 10, with positive values denoting a power flow P in the direction of the DC grid 30 and vice versa. In this example, the characteristic curve P34 of the third power converter has a constant gradient and intersects the frequency axis at a frequency f1. The third power converter 34 can output power from the AC bus 20 to the DC network 30 at a frequency above a threshold f1 (rectifier operation) and output power from the DC network 30 to the AC at a frequency below the threshold f1 - Feed bus 20 (inverter operation). A specific specification for a power purchase by the DC network 30 or a withdrawal from the DC network 30 can be made in particular overriding, for example by a maximum utilization of renewable energy is sought and / or by control power based on the stability requirements of the DC Network 30 is provided. In the case of a specific power exchanged via it, the power converter 34 uses the f(P) characteristic to determine the frequency for the AC bus and then sets it.
Die Leistungswandler 12, 14 der PV-Anlagen 22 können den jeweiligen Arbeitspunkt der PV-Generatoren 24 grundsätzlich auf deren Arbeitspunkt maximaler Leistung ein- stellen (sogenanntes Maximum Power Point Tracking, kurz MPP-Tracking). In der jeweiligen Kennlinie P12, P14 geschieht dies bei Frequenzen unterhalb einer Schwelle f2, so dass die maximal mögliche PV-Leistung in den AC-Bus 20 einge- speist wird, solange die Frequenz unterhalb der Schwelle f2 liegt. Oberhalb der Frequenz f2 wird die Leistungsabgabe reduziert und erreicht bei einer Schwelle f3 den Wert Null. The power converters 12, 14 of the PV systems 22 can basically adjust the respective operating point of the PV generators 24 to their operating point of maximum power (so-called maximum power point tracking, MPP tracking for short). In the respective characteristic curve P12, P14, this occurs at frequencies below a threshold f2, so that the maximum possible PV power is fed into the AC bus 20 as long as the frequency is below the threshold f2. Above the frequency f2, the power output is reduced and reaches the value zero at a threshold f3.
Der Leistungswandler 16 des Speichers 26 arbeitet anhand einer P(f)-Kennlinie P 16(f), die eine Schwelle f4 aufweist, bei der der Speicher 26 keine Leistung aus- tauscht, Unterhalb der Schwelle f4 wird der Speicher 26 entladen und oberhalb der Schwelle f4 wird der Speicher 26 geladen. The power converter 16 of the memory 26 works on the basis of a P(f) characteristic P 16(f), which has a threshold f4 at which the memory 26 exchanges no power. Below the threshold f4, the memory 26 is discharged and above it At threshold f4, memory 26 is loaded.
Die Frequenzen f2, f3, f4 auf den Kennlinien P12, P14, P16 werden hier so gewählt, dass die PV-Anlagen 22 möglichst immer Leistung abgeben können - entweder über den AC-Bus 20 und den dritten Leistungswandler 34 in das DC-Netz 30 oder über den AC-Bus 20 und den Leistungswandler 16 in den Speicher 26. Insbesondere bei der Frequenz f4 wird die maximal mögliche PV-Leistung in das DC-Netz 30 über- tragen, wobei keine Leistung mit dem Speicher 26 ausgetauscht wird. Zwischen den Schwellen f2 und f3 ist die DC-Netzleistung gemäß Kennlinie P34 geringer als die maximal mögliche PV-Leistung, die nichtsdestotrotz abgerufen wird und teilweise über den dritten Leistungswandler 34 in das DC-Netz 30 und teilweise über den Leistungswandler 16 in den Speicher 26 übertragen wird. The frequencies f2, f3, f4 on the characteristic curves P12, P14, P16 are selected here in such a way that the PV systems 22 can always deliver power - either via the AC bus 20 and the third power converter 34 into the DC grid 30 or via the AC bus 20 and the power converter 16 into the memory 26. In particular at the frequency f4, the maximum possible PV power is transmitted to the DC grid 30, with no power being exchanged with the memory 26. Between the thresholds f2 and f3, the DC grid power according to characteristic P34 is lower than the maximum possible PV power, which is nevertheless called up and partly via the third power converter 34 into the DC grid 30 and partly via the power converter 16 into the storage 26 is transferred.
Bei der Schwelle f1 findet kein Leistungstransfer über den dritten Leistungswandler 34 statt, und die PV-Leistung fließt praktisch vollständig in den Speicher 30. Dabei kann es je nach Leistungsvermögen des Speicher 26 und aktueller Einstrahlung auf die PV-Anlagen 22 notwendig sein, die PV-Leistung gegenüber der MPP-Leistung gemäß Kennlinie P12, P14 zu reduzieren. At threshold f1, no power transfer takes place via the third power converter 34, and the PV power flows almost completely into the storage 30. Depending on the capacity of the storage 26 and the current irradiation on the PV systems 22, it may be necessary to transfer the PV -Reduce power compared to MPP power according to characteristic curve P12, P14.
Die Kennlinien können so gewählt werden, dass der Speicher 26 auch zu einem Zeitpunkt geladen werden kann, in welchem keine PV-Leistung zur Verfügung steht. Insbesondere bei der Schwelle f3 kann der dritte Leistungswandler 34 anhand der Kennlinie P34 eine DC-Netzleistung vorgeben, die aus dem DC-Netz 30 über den dritten Leistungswandler 34 in den AC-Bus fließt und von dort über den Leistungs- wandler 16 gemäß Kennlinie P16 in den Speicher 26 eingespeist wird. The characteristic curves can be selected in such a way that the memory 26 can also be charged at a time when no PV power is available. In the case of threshold f3 in particular, the third power converter 34 can use the characteristic curve P34 to specify a DC network power which flows from the DC network 30 via the third power converter 34 into the AC bus and from there via the power converter 16 according to the characteristic curve P16 is fed into the memory 26.
Ein optional zusätzlich in Energieversorgungssystem angeordneter Verbraucher kann über einen Leistungswandler 18 angeschlossen sein, der eine Kennlinie P18 mit der Schwelle f5 umfasst. Unterhalb der Schwelle f5 bezieht der Leistungswandler 18 keine Leistung aus dem AC-Bus 20, d.h. der Leistungsfluss gemäß Kennlinie P34 wird durch den Speicher 26 und/oder die PV-Anlagen 22 bedient. Oberhalb von f5 wird der Elektrolyseur 28 mit einer Leistung gemäß Kennlinie P18 betrieben und entnimmt dem AC-Bus 20 eine entsprechende Leistung, die ggf. in Summe mit der DC-Leistung gemäß Kennlinie P16 aus dem Speicher 26 die DC-Netzleistung gemäß Kennlinie P34 ergibt. A consumer that is optionally additionally arranged in the energy supply system can be connected via a power converter 18 that includes a characteristic curve P18 with threshold f5. Below the threshold f5, the power converter 18 does not draw any power from the AC bus 20, i.e. the power flow according to the characteristic curve P34 is served by the storage device 26 and/or the PV systems 22. Above f5, the electrolyzer 28 is operated with a power according to the characteristic curve P18 and takes a corresponding power from the AC bus 20, which, if necessary, together with the DC power according to the characteristic curve P16 from the memory 26, results in the DC network power according to the characteristic curve P34 .
Aufgrund zeitvariabler Einflüsse können die einzelnen Kennlinien P12, P14, P34 und P16 sowie ggf. P18 sich ändern und/oder dadurch vorgegebene Leistungen bei bestimmten Frequenzen nicht umsetzbar sein, beispielsweise aufgrund variierender Einstrahlung auf die PV-Anlagen 22 oder zu vollem oder zu leerem Speicher 26. Dies kann durch das anmeldungsgemäße Verfahren berücksichtigt werden, indem der dritte Leistungswandler 34 die Kennlinie P34 dynamisch anpasst, wenn eine Einstellung einer konkreten Frequenz einen von der Kennlinie P34 abweichenden Leistungsfluss ergibt. Beispielsweise kann die Steigung der Kennlinie P34 umso größer sein, je höher die momentane MPP-Leistung der PV-Anlagen 22 ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Lage der Schwellen f1-f5 angepasst werden, beispielsweise indem die Schwellen f1 und f3 zusammenfallen, wenn der Speicher 26 nicht zur Verfügung steht, z.B. weil er vollgeladen ist. Due to time-varying influences, the individual characteristic curves P12, P14, P34 and P16 and, if applicable, P18 can change and/or the powers specified as a result cannot be implemented at certain frequencies, for example due to varying irradiation on the PV systems 22 or if the memory is too full or too empty 26. This can be taken into account by the method according to the application, by the third power converter 34 dynamically adjusts the characteristic curve P34 when setting a specific frequency results in a power flow that deviates from the characteristic curve P34. For example, the gradient of the characteristic curve P34 can be greater the higher the instantaneous MPP power of the PV systems 22 is. Alternatively or additionally, the position of the thresholds f1-f5 can be adjusted, for example by the thresholds f1 and f3 coinciding when the memory 26 is not available, for example because it is fully charged.
Die Frequenzen f1 , f2, f3, f4, f5 können so aufeinander abgestimmt werden, dass ein stabiler und kosteneffizienter Betrieb mit vorhersehbarem Verlauf der zwischen AC- Bus 20 und DC-Netz 30 ausgetauschten Leistung erzielt wird, ohne dass eine übergeordnete Steuerung des AC-Bus 20 bzw. der daran angeschlossenen Leistungswandler notwendig ist. Es ist auch möglich, weitere DC-Einheiten, in den AC-Bus 20 einzubinden, wobei die Anzahl der Schwellen P(fn) entsprechend erhöht werden kann, um die weitere DC-Einheit bedarfsgerecht effizient und koordiniert zu betreiben. Dabei können die Frequenzschwellen f1 , f2, f(n) so gewählt werden, dass standardisierte Schutztechnik und sonstige in AC-Netzen übliche Komponenten übernommen werden können. The frequencies f1, f2, f3, f4, f5 can be matched to one another in such a way that stable and cost-efficient operation with a predictable course of the power exchanged between the AC bus 20 and the DC grid 30 is achieved without a higher-level control of the AC Bus 20 or the power converter connected to it is necessary. It is also possible to integrate further DC units into the AC bus 20, in which case the number of thresholds P(fn) can be correspondingly increased in order to operate the further DC unit efficiently and in a coordinated manner as required. The frequency thresholds f1, f2, f(n) can be selected in such a way that standardized protection technology and other components that are customary in AC networks can be adopted.
Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 32 kann so gewählt werden, dass alle DC-Einheiten 22, 26, 28 Leistung mit dem AC-Bus 20 austauschen können. Dabei muss berücksichtigt werden, dass einstufige Leistungswandler in der Regel Leistung zwischen einer höheren DC-Spannung in eine niedrigere AC-Spannung transferieren können und umgekehrt, d.h. von einer niedrigeren AC-Spannung in eine höhere DC-Spannung. Der Transformator 32 kann zur galvanischen Trennung möglichst nah am dritten Leistungswandler 34 angeordnet oder darin integriert werden, so dass eine ggf. weit verzweigte Verkabelung des AC-Bus 20 galvanisch getrennt vom DC-Netz 30 verlegt wird. Bezuqszeichenliste The turns ratio of the transformer 32 can be chosen so that all DC units 22, 26, 28 can exchange power with the AC bus 20. It has to be considered that single-level power converters can typically transfer power between a higher DC voltage to a lower AC voltage and vice versa, ie from a lower AC voltage to a higher DC voltage. For galvanic isolation, the transformer 32 can be arranged as close as possible to the third power converter 34 or can be integrated therein, so that any widely branched cabling of the AC bus 20 is routed galvanically isolated from the DC network 30 . Reference character list
10 Energieversorgungssystem10 power supply system
12, 14, 16, 18 Leistungswandler 20 AC-Bus 22 PV-Anlage 24 PV-Generator 26 Batterie 28 Verbraucher 30 DC-Netz 32 Transformator 34 Leistungswandler 36 Netzaustauschwandler 38 Mittelspannungs-Transformator 40 DC-Netzteilnehmer PE Potential Erde 12, 14, 16, 18 power converter 20 AC bus 22 PV system 24 PV generator 26 battery 28 consumer 30 DC grid 32 transformer 34 power converter 36 grid exchange converter 38 medium-voltage transformer 40 DC grid participants PE potential earth
S1, S2, S3, S4, S5 Verfahrensschritte S1, S2, S3, S4, S5 method steps

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems (10) mit mindestens einer Energieerzeugungseinheit, mit den Schritten: 1. A method for operating an energy supply system (10) with at least one energy generation unit, with the steps:
• Austauschen von Leistung zwischen einer ersten DC-Einheit (22) und einem AC-Bus (20) über einen ersten Leistungswandler (12), wobei eine erste DC- Leistung der ersten DC-Einheit (22) über den ersten Leistungswandler (12) in eine erste AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt, • exchanging power between a first DC unit (22) and an AC bus (20) via a first power converter (12), wherein a first DC power of the first DC unit (22) via the first power converter (12) is converted into a first AC power and/or vice versa,
• Austauschen von Leistung zwischen einer zweiten DC-Einheit (22, 26, 28) und dem AC-Bus (20) über einen zweiten Leistungswandler (14, 16, 18), wobei eine zweite DC-Leistung der zweiten DC-Einheit (22, 26, 28) über den zweiten Leistungswandler (14, 16, 18) in eine zweite AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt, • exchanging power between a second DC unit (22, 26, 28) and the AC bus (20) via a second power converter (14, 16, 18), wherein a second DC power of the second DC unit (22 , 26, 28) is converted into a second AC power via the second power converter (14, 16, 18) and/or vice versa,
• Zusammenführen der ersten und der zweiten AC-Leistung zu einer AC- Busleistung des AC-Busses (20), • Merging the first and the second AC power into an AC bus power of the AC bus (20),
• Übertragen der AC-Busleistung über einen Transformator (32), • transferring the AC bus power via a transformer (32),
• Austauschen von Leistung zwischen dem AC-Bus (20) und einem DC-Netz (30) über einen dritten Leistungswandler (34), wobei die vom Transformator (32) übertragene AC-Busleistung über den dritten Leistungswandler (34) in eine DC-Netzleistung gewandelt wird und/oder umgekehrt, • Exchanging power between the AC bus (20) and a DC grid (30) via a third power converter (34), whereby the AC bus power transmitted from the transformer (32) is converted into a DC power via the third power converter (34). mains power is converted and/or vice versa,
• wobei zumindest die erste DC-Einheit (22) als Energieerzeugungseinheit, insbesondere als PV-Anlage (22) mit zumindest einem PV-Generator (24) ausgebildet ist, • wherein at least the first DC unit (22) is designed as an energy generation unit, in particular as a PV system (22) with at least one PV generator (24),
• wobei eine Frequenz und eine Amplitude der AC-Spannung und/oder des AC- Stromes auf dem AC-Bus (20) eingestellt werden, wobei der dritte Leistungswandler (34) die Frequenz auf dem AC-Bus (20) in Abhängigkeit von der DC-Netzleistung einstellt und zur Einstellung der AC-Spannung und/oder des AC-Stroms die DC-Netzleistung in Abhängigkeit von der AC-Busleistung einstellt. • wherein a frequency and an amplitude of the AC voltage and / or the AC current on the AC bus (20) are set, wherein the third power converter (34) the frequency on the AC bus (20) depending on the Adjusts DC grid power and adjusts DC grid power depending on AC bus power to adjust AC voltage and/or AC current.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der erste Leistungswandler (12) die erste DC-2. The method of claim 1, wherein the first power converter (12) the first DC
Einheit (22) in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung betreibt und die erste DC-Unit (22) operates in an operating point of maximum power and the first DC
Leistung in einen ersten AC-Strom umwandelt und in den AC-Bus (20) einspeist, wobei der erste AC-Strom der AC-Spannung im AC-Bus (20) folgt. Converts power into a first AC current and feeds it into the AC bus (20), the first AC current following the AC voltage in the AC bus (20).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite DC-Leistung durch die zweite DC-Einheit (22, 26, 28) erzeugt, gespeichert und/oder verbraucht wird, wobei die zweite DC-Leistung vom zweiten Leistungswandler (14, 16, 18) in einen zweiten AC-Strom umgewandelt und in den AC-Bus (20) eingespeist wird, wobei der zweite AC-Strom der AC-Spannung im AC-Bus (20) folgt. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the second DC power is generated, stored and/or consumed by the second DC unit (22, 26, 28), the second DC power being supplied by the second power converter (14, 16 , 18) is converted into a second AC current and fed into the AC bus (20), the second AC current following the AC voltage in the AC bus (20).
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die DC-Netzleistung durch an das DC- Netz (30) angeschlossene DC-Netzteilnehmer (40) erzeugt, gespeichert und/oder verbraucht wird. 4. The method according to claim 1 or 2, wherein the DC network power is generated, stored and/or consumed by the DC network participants (40) connected to the DC network (30).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend den Schritt: Austauschen von Leistung zwischen dem AC-Bus (20) und einer weiteren DC- Einheit (26, 28) über einen weiteren Leistungswandler (16, 18), wobei eine weitere DC-Leistung der weiteren DC-Einheit (26, 28) über den weiteren Leistungswandler (16, 18) in eine weitere AC-Leistung gewandelt wird und/oder umgekehrt. 5. The method according to any one of the preceding claims, comprising the step of: exchanging power between the AC bus (20) and a further DC unit (26, 28) via a further power converter (16, 18), wherein a further DC Power of the further DC unit (26, 28) is converted into a further AC power via the further power converter (16, 18) and/or vice versa.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weitere DC- Leistung durch die weitere DC-Einheit (26, 28) erzeugt, gespeichert und/oder verbraucht wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the further DC power is generated, stored and/or consumed by the further DC unit (26, 28).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenz auf dem AC-Bus (20) durch den dritten Leistungswandler (34) anhand einer f(P)- Kennlinie (P34) in Abhängigkeit von der DC-Netzleistung eingestellt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the frequency on the AC bus (20) by the third power converter (34) based on an f (P) - characteristic (P34) is adjusted depending on the DC grid power.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die DC-Leistung der DC-Einheiten (22, 26, 28) durch den jeweiligen Leistungswandler (12, 14, 16, 18) anhand einer P(f)-Kennlinie (P12, P14, P16, P18) in Abhängigkeit von der Frequenz auf dem AC-Bus (20) eingestellt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the DC power of the DC units (22, 26, 28) by the respective power converter (12, 14, 16, 18) based on a P (f) characteristic (P12, P14 , P16, P18) depending on the frequency on the AC bus (20).
9. Vorrichtung zum Austausch elektrischer Leistung in einem Energieversorgungssystem mit mindestens einer Energieerzeugungseinheit, umfassend: einen AC-Bus (20), an den ein erster Leistungswandler (12) und ein zweiter Leistungswandler (14, 16, 18) angeschlossen sind, wobei der erste9. Device for exchanging electrical power in a power supply system with at least one power generation unit, comprising: an AC bus (20) to which a first power converter (12) and a second power converter (14, 16, 18) are connected, the first
Leistungswandler (12) ausgebildet ist, eine erste DC-Leistung einer ersten DC- Einheit (22) in erste AC-Leistung zu wandeln und/oder umgekehrt, und wobei der zweite Leistungswandler (14, 16, 18) ausgebildet ist, eine zweite DC-Leistung einer zweiten DC-Einheit (22, 26, 28) in zweite AC-Leistung zu wandeln und/oder umgekehrt, und wobei der erste und der zweite Leistungswandler jeweils AC-seitig mit einem AC- Bus (20) verbunden sind, so dass die erste und die zweite AC-Leistung als AC- Busleistung über den AC-Bus (20) übertragbar sind, wobei die Vorrichtung einen Transformator (32) aufweist, der zwischen dem AC- Bus (20) und einer AC-Seite eines dritten Leistungswandlers (34) angeordnet ist, wobei der Transformator (32) eingerichtet ist, die AC-Busleistung zu übertragen und eine galvanische Trennung zu bewirken, wobei der dritte Leistungswandler (34) zur Umwandlung der übertragenen AC- Busleistung in DC-Netzleistung und/oder umgekehrt eingerichtet ist und wobei auf einer DC-Seite des dritten Leistungswandlers (34) ein DC-Netz (30) anschließbar ist, in dem DC-Netzteilnehmer (40) mit der DC-Netzleistung betreibbar sind, wobei zumindest die erste DC-Einheit (22) als Energieerzeugungseinheit, insbesondere als PV-Anlage (22) mit zumindest einem PV-Generator (24) ausgebildet ist, wobei der dritte Leistungswandler (34) dazu ausgebildet ist, eine Frequenz und eine Amplitude der AC-Spannung und/oder des AC-Stromes auf dem AC-Bus (20) einzustellen, wobei insbesondere eine Steuereinheit des dritten Leistungswandlers (34) die Frequenz auf dem AC-Bus (20) in Abhängigkeit von der DC-Netzleistung und die DC-Netzleistung in Abhängigkeit von der AC- Busleistung einstellt. Power converter (12) is designed to convert a first DC power of a first DC unit (22) into first AC power and/or vice versa, and wherein the second power converter (14, 16, 18) is designed to convert a second DC - to convert power from a second DC unit (22, 26, 28) into second AC power and/or vice versa, and wherein the first and second power converters are each connected to an AC bus (20) on the AC side, see above that the first and the second AC power can be transmitted as AC bus power via the AC bus (20), the device having a transformer (32) connected between the AC bus (20) and an AC side of a third Power converter (34) is arranged, the transformer (32) being set up to transmit the AC bus power and to bring about galvanic isolation, the third power converter (34) for converting the transmitted AC bus power into DC mains power and/or is set up vice versa and being on a DC side of the dri tten power converter (34), a DC network (30) can be connected, in which DC network participants (40) can be operated with the DC network power, with at least the first DC unit (22) as an energy generation unit, in particular as a PV system ( 22) is designed with at least one PV generator (24), the third power converter (34) being designed to adjust a frequency and an amplitude of the AC voltage and/or the AC current on the AC bus (20). , wherein in particular a control unit of the third power converter (34) adjusts the frequency on the AC bus (20) as a function of the DC mains power and the DC mains power as a function of the AC bus power.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Leistungswandler (12) ausgebildet ist, die erste DC-Einheit (22) in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung zu betreiben und die erste DC-Leistung in einen ersten AC-Strom umzuwandeln und in den AC-Bus (20) einzuspeisen, wobei der erste AC-Strom der AC-Spannung im AC-Bus (20) folgt. 10. The device according to claim 9, wherein the first power converter (12) is designed to operate the first DC unit (22) in an operating point of maximum power and to convert the first DC power into a first AC current and into the AC Bus (20) to feed, the first AC current follows the AC voltage in the AC bus (20).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei an den AC-Bus (20) eine weitere DC-Einheit (22, 26, 28) über einen weiteren Leistungswandler (14, 16, 18) anschließbar ist, wobei der weitere Leistungswandler (14, 16, 18) ausgebildet ist, eine weitere DC-Leistung der weiteren DC-Einheit (22, 26, 28) in eine weitere AC-Leistung zu wandeln und/oder umgekehrt. 11. The device according to claim 9 or 10, wherein a further DC unit (22, 26, 28) can be connected to the AC bus (20) via a further power converter (14, 16, 18), the further power converter (14 , 16, 18) is designed to convert further DC power from the further DC unit (22, 26, 28) into further AC power and/or vice versa.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zweite und/oder die weitere DC-Einheit (22, 26, 28) eingerichtet sind, die jeweilige DC-Leistung zu erzeugen, zu speichern und/oder zu verbrauchen. 12. Device according to one of claims 9 to 11, wherein the second and/or the further DC unit (22, 26, 28) are set up to generate, store and/or consume the respective DC power.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Transformator (32) auf seiner an den AC-Bus (20) angeschlossenen Seite geerdet ist. 13. Apparatus according to any one of claims 9 to 12, wherein the transformer (32) is grounded on its side connected to the AC bus (20).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Steuerung zumindest teilweise durch den ersten, den zweiten und/oder den dritten Leistungswandler (12, 14, 16, 18, 34) realisiert ist. 14. Device according to one of claims 9 to 13, wherein the control is at least partially realized by the first, the second and/or the third power converter (12, 14, 16, 18, 34).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Steuerung zumindest teilweise außerhalb der Vorrichtung realisiert ist. 15. Device according to one of claims 9 to 14, wherein the controller is implemented at least partially outside the device.
16. Energieversorgungssystem (10) umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15 mit: 16. Energy supply system (10) comprising a device according to any one of claims 9 to 15 with:
- einer ersten DC-Einheit (22), die als PV-Anlage (22) mit zumindest einem PV- Generator (24) ausgebildet ist, - a first DC unit (22), which is designed as a PV system (22) with at least one PV generator (24),
- einer zweiten DC-Einheit (22, 26), die als PV-Anlage (22) mit zumindest einem PV-Generator (24) oder als Energiespeicher (26) ausgebildet ist, und- A second DC unit (22, 26), which is designed as a PV system (22) with at least one PV generator (24) or as an energy store (26), and
- einem DC-Netz (30), an das DC-Netzteilnehmer (40) zur Entnahme von DC- Netzleistung und ein übergeordnetes AC-Versorgungsnetz zur Versorgung des DC-Netzes (30) anschließbar sind. - A DC network (30) to which DC network subscribers (40) for drawing DC network power and a higher-level AC supply network for supplying the DC network (30) can be connected.
17. Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 16, aufweisend die Steuerung, welche eingerichtet ist, einen Sollwert für die DC-Netzleistung zu empfangen und den ersten Leistungswandler (12), den zweiten Leistungswandler (12, 14, 16, 18) und/oder den dritten Leistungswandler (34) so zu betreiben, dass die DC- Netzleistung dem Sollwert entspricht. The power system (10) of claim 16, comprising the controller configured to receive a DC grid power setpoint and the first power converter (12), the second power converter (12, 14, 16, 18) and/or to operate the third power converter (34) so that the DC line power corresponds to the setpoint.
EP22737784.3A 2021-06-24 2022-06-20 Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system, and energy supply system Pending EP4360184A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021116418.4A DE102021116418A1 (en) 2021-06-24 2021-06-24 Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system and energy supply system
PCT/EP2022/066688 WO2022268689A1 (en) 2021-06-24 2022-06-20 Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system, and energy supply system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4360184A1 true EP4360184A1 (en) 2024-05-01

Family

ID=82403946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22737784.3A Pending EP4360184A1 (en) 2021-06-24 2022-06-20 Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system, and energy supply system

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4360184A1 (en)
DE (1) DE102021116418A1 (en)
WO (1) WO2022268689A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114910699A (en) * 2021-02-09 2022-08-16 华为数字能源技术有限公司 Converter system, system insulation impedance detection method, device and medium

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10353967A1 (en) * 2003-11-19 2005-07-07 Siemens Ag Power generation, distribution and on-board power supply system for low-emission (navy) marine vessels of different classes and sizes
CN204046193U (en) 2014-08-29 2014-12-24 深圳市汇川技术股份有限公司 A kind of mixed type micro-grid system
CN105743085B (en) * 2014-12-12 2019-11-26 通用电气公司 To the system and method for at least one load supplying
DE102015109967A1 (en) * 2015-06-22 2016-12-22 Gip Ag Device and method for bidirectionally connecting two power grids
CN105291842B (en) * 2015-11-27 2017-10-20 华南理工大学 A kind of electric system of the distributed high-frequency ac of electric automobile
JP6883489B2 (en) 2017-08-22 2021-06-09 ダイヤモンド電機株式会社 converter
DE102018219711A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-20 Siemens Aktiengesellschaft Power supply system for a water-bound facility
CN111244933A (en) 2020-03-09 2020-06-05 台达电子企业管理(上海)有限公司 Energy storage device, power system and control method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021116418A1 (en) 2022-12-29
WO2022268689A1 (en) 2022-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014104216B3 (en) Single-phase emergency operation of a three-phase inverter and corresponding inverter
WO2012175332A1 (en) Device for controlling the load of the phases of a three-phase energy network
EP2463980B1 (en) Operation of an energy producer in an energy supply network
WO2018172489A1 (en) Method for starting an energy generation network
DE102019116254B4 (en) Method for operating a power generation plant
WO2012037989A2 (en) Method for the computer-aided control of the electrical energy distribution in a decentralized energy network
WO2010078669A1 (en) Device for photovoltaic power plants to adjust the electric potential in photovoltaic generators
WO2013045072A2 (en) Pv system having a safeguard against feeding into a public power distribution network
EP4360184A1 (en) Method for operating an energy supply system, device for exchanging electrical power in an energy supply system, and energy supply system
DE102005043422B4 (en) Operation of a local network with reduced frequency and low energy transfer
WO2020052936A1 (en) Wind farm comprising a power flow unit, and such a power flow unit
EP3472913B1 (en) Electrical energy supply unit and control therefor
EP3780305A1 (en) Inverter arrangement for wind turbines and photovoltaic installations
EP3900142A1 (en) Method for controlling an electrical installation having a plurality of electrical devices, control unit, and electrical installation having such a control unit
WO2015004034A2 (en) Electrical arrangement comprising a power inverter and intermediate device for the electrical arrangement
EP3413422B1 (en) Local network station with variable low voltage outputs
EP3010106B1 (en) Electrical distribution network and method for operating an electrical distribution network
EP3472909B1 (en) Energy management unit, energy supply system and energy management method
EP3656031B1 (en) Frequency stabilization arrangement
EP3682522B1 (en) Method for operating a stored energy source
DE102019133566A1 (en) Process and stabilization controller for operating an island network
DE102021111860A1 (en) Power flow control module for use in a low-voltage local network
WO2013164018A1 (en) Power supply system
WO2023057141A1 (en) Method for operating an electrolyser and a fuel cell by means of a common converter, apparatus and electrolysis system
EP3764501A1 (en) Method and control center arrangement for controlling an electrical power transmission network and computer program product

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240110

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR